一种新型三维多孔材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种新型三维多孔材料及其制备方法与应用，属于生物、化学及材料科学领域。本发明专利技术以泡沫金属为模板，用天然高分子溶液将其结构完整复制，除去泡沫金属后得到三维多孔材料。三维多孔材料的表面进行功能基团的修饰与活化后，能够与生物分子偶联；将得到的生物分子修饰的三维多孔材料和芯片整合，可得到三维多孔微流控芯片。本发明专利技术的三维多孔微流控芯片可用于生物医学中，如用于循环肿瘤细胞的分离、体外培养和培养后移植等。本发明专利技术中的材料具有易于批量化制备、高透光性、多孔性、生物相容性好、可降解等优点，能够实现对目标物的高效分离，及目标细胞的快速原位扩增和移植。本发明专利技术可为癌症研究和肿瘤治疗等生物医学领域提供新平台。领域提供新平台。领域提供新平台。

【技术实现步骤摘要】
一种新型三维多孔材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于生物、化学及材料科学领域，具体涉及一种新型三维多孔材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]循环肿瘤细胞是从原发或转移的肿瘤病灶中脱落进入外周血中的肿瘤细胞。近年来，血液中循环肿瘤细胞的体外培养受到了研究人员的广泛关注。循环肿瘤细胞的体外培养有利于对其进行下游分子分析和药物敏感性测试，对深入了解癌症转移，以及癌症病人的个体化治疗具有很大的指导意义。然而，血液中的循环肿瘤细胞数目极少，并且其中仅有极少数具有增殖能力，因此体外培养难度很高。当前亟需开发出简单高效的循环肿瘤细胞体外培养新方法。
[0003]微流控芯片具有易集成、可控、消耗试剂少、分析速度快、高通量等优点，在液体活检、基因和蛋白质分析、器官芯片和药物研究等领域具有广泛的应用。但目前微流控芯片的制备依旧存在操作繁琐、价格昂贵、难以重复利用等问题，限制了其在生物医学中的应用。
[0004]纤维素和甲壳素等天然高分子材料具有环境友好、可再生、可降解、及生物相容性好等优点，已经广泛应用于食品、工业及医药等领域，但在癌症相关的生物医学领域应用相对较少。

技术实现思路

[0005]本专利技术的首要目的在于提供一种新型三维多孔材料的制备方法及通过该方法得到的三维多孔材料。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种新型三维多孔微流控芯片及其制备方法。
[0007]本专利技术的再一目的在于提供所述三维多孔材料和三维多孔微流控芯片的应用。
[0008]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0009]一种三维多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010](1)将天然高分子溶液与交联剂混合均匀后，在其中浸入泡沫金属，离心使液体材料充分浸润泡沫金属。
[0011](2)将浸润了高分子材料的泡沫金属离心以去除孔隙中多余的液体材料，然后将其放入凝固剂中固化，再将其取出加热使泡沫金属表面的液体材料进一步固化，得到表面附着一层高分子材料的泡沫金属。
[0012](3)重复上述步骤(1)和(2)多次，得到包裹了高分子材料的泡沫金属。
[0013](4)将包裹高分子材料的泡沫金属浸入到酸性溶液中以去除泡沫金属，再在水中浸泡清洗除去吸附的杂质，得到三维多孔材料。
[0014]步骤(1)中，所述的泡沫金属包括泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫合金。
[0015]步骤(1)中，所述的泡沫金属优选通过如下处理：将泡沫金属先后放入有机试剂，水中分别超声清洗1
‑
60分钟。所述的有机试剂包括丙酮、甲苯、乙醇。
[0016]步骤(1)中，所述的天然高分子包括纤维素、甲壳素。
[0017]步骤(1)中，所述的交联剂优选为环氧氯丙烷。
[0018]步骤(1)中，所述的离心的转速优选为1000
‑
9000rpm。
[0019]步骤(2)中，所述的离心的转速优选为1000
‑
5000rpm。
[0020]步骤(2)中，所述的凝固剂包括超纯水、乙醇、硫酸钠溶液，在凝固剂中固化的时间优选为30
‑
120分钟。
[0021]步骤(4)中，所述的酸性溶液包括硝酸、盐酸、硫酸溶液。所述的酸性溶液的浓度优选为5
‑
14mol/L。包裹高分子材料的泡沫金属浸入到酸性溶液中的时间优选为1
‑
12小时。在水中浸泡清洗的时间优选为12
‑
48小时。
[0022]一种新型三维多孔材料，可通过上述方法制备得到。所述的三维多孔材料尺寸可调，孔径与泡沫金属材料的孔径相当，并且具有自支撑性、可降解性和优异的生物相容性。
[0023]一种新型三维多孔微流控芯片，包括芯片底板、芯片盖板、生物分子修饰的三维多孔材料、芯片夹具。其中，芯片底板中间设有放置三维多孔材料的通道，芯片盖板上设有进液口和出液口，进液口和出液口的位置与芯片底板上的通道两端对应，芯片夹具用于将芯片底板、芯片盖板夹紧，使其不会漏液。所述的生物分子优选为抗体、链霉亲和素、凝集素、生长因子、核酸适配体等，用于特异性识别和捕获包括细胞、外泌体、蛋白、游离RNA等在内的目标物。
[0024]所述的生物分子修饰的三维多孔材料优选通过包括如下步骤的方法制备得到：将上述的三维多孔材料用Plasma处理后浸入到硅烷化试剂中反应，得到硅烷化试剂处理的三维多孔材料；然后将其用化学交联剂活化后，加入生物分子孵育，得到生物分子修饰的三维多孔材料。所述的三维多孔材料用Plasma处理的时间优选为1
‑
6分钟；所述的硅烷化试剂包括羧基乙基硅烷三醇钠盐、γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷等，可用于在材料表面衍生羧基、氨基等官能基团；硅烷化试剂的浓度优选为质量分数1
‑
25％；三维多孔材料在硅烷化试剂中反应的时间优选为1
‑
10小时。
[0025]所述的三维多孔微流控芯片的制备方法，包括如下步骤：将生物分子修饰的三维多孔材料裁剪成与芯片底板上的通道匹配的大小，将其置于通道中，盖上芯片盖板，采用夹具将芯片上下两层夹紧，得到内部嵌入三维多孔材料的芯片，即三维多孔微流控芯片。所述的三维多孔微流控芯片制备方法简单，易于批量化制备，芯片底板、盖板和夹具可重复使用。
[0026]所述的三维多孔材料或三维多孔微流控芯片在生物医学中的应用，如体液中特定细胞、外泌体、蛋白质、游离RNA的分离和检测，体液中特定细胞的原位培养，以及培养后细胞移植入动物体内构建模型等。
[0027]一种基于上述三维多孔材料和三维多孔微流控芯片分离和培养血液中循环肿瘤细胞，以及将培养细胞植入动物体内构建癌症动物模型的方法，包括如下步骤：
[0028](1)将牛血清白蛋白溶液通入特异性识别肿瘤细胞的生物分子(如抗体或者核酸适配体等)修饰的三维多孔微流控芯片中，孵育封闭之后，用磷酸缓冲盐溶液(PBS)冲洗。
[0029](2)取癌症患者或荷瘤动物的新鲜血液，通入步骤(1)得到的芯片中，用PBS冲洗后，血液中的循环肿瘤细胞被所述生物分子捕获在芯片中。
[0030](3)将滋养层细胞分散至胶原溶液中，得到胶原和细胞的混合溶液。
[0031](4)在步骤(2)得到的捕获肿瘤细胞的芯片中通入步骤(3)得到的胶原和细胞的混合溶液，静置使胶原凝胶化，然后在芯片中加入完全培养基，每天更换芯片内培养基，使捕获的循环肿瘤细胞能在芯片内原位增殖。
[0032](5)将芯片的夹具拆下，打开盖板，取出其中含扩增后肿瘤细胞的三维多孔材料。
[0033](6)将步骤(5)中得到的含有扩增后肿瘤细胞的三维多孔材料植入动物体内，缝合后饲养，发现植入部位有肿瘤长出，即得到癌症动物模型。
[0034]步骤(1)中，所述的牛血清白蛋白溶液的浓度优选为质量分数1
‑
10％，通入牛血清白蛋白溶液孵育的时间优选为1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维多孔材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)将天然高分子溶液与交联剂混合均匀后，在其中浸入泡沫金属，离心使液体材料充分浸润泡沫金属；(2)将浸润了高分子材料的泡沫金属离心以去除孔隙中多余的液体材料，然后将其放入凝固剂中固化，再将其取出加热使泡沫金属表面的液体材料进一步固化；(3)重复上述步骤(1)和(2)多次，得到包裹了高分子材料的泡沫金属；(4)将包裹高分子材料的泡沫金属浸入到酸性溶液中以去除泡沫金属，再在水中浸泡清洗除去吸附的杂质，得到三维多孔材料。2.根据权利要求1所述的三维多孔材料的制备方法，其特征在于：所述的天然高分子包括纤维素、甲壳素；所述的交联剂包括环氧氯丙烷；所述的泡沫金属包括泡沫镍、泡沫铜、泡沫铝、泡沫合金；所述的凝固剂包括超纯水、乙醇、硫酸钠溶液；所述的酸性溶液包括硝酸、盐酸、硫酸溶液。3.一种三维多孔材料，其特征在于：通过权利要求1或2所述的制备方法得到。4.一种三维多孔微流控芯片，其特征在于：包括芯片底板、芯片盖板、生物分子修饰的权利要求3所述的三维多孔材料、芯片夹具；芯片底板中间设有放置三维多孔材料的通道，芯片盖板上设有进液口和出液口，进液口和出液口的位置与芯片底板上的通道两端对应，芯片夹具用于将芯片底板、芯片盖板夹紧；所述的生物分子用于特异性识别和捕获目标物。5.根据权利要求4所述的三维多孔微流控芯片，其特征在于：生物分子修饰的权利要求3所述的三维多孔材料通过包括如下步骤的方法制备得到：将三维多孔材料用Plasma处理后浸入到硅烷化试剂中反应，得到硅烷化试剂处理的三维多孔材料；然后将其用化学交联剂活化后，加入生物分子孵育，得到生物分子修饰的三维多孔材料；所述的硅烷化试剂用于在材料表面衍生官能基团，所述的官能基团...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄卫华，王宜珂，程世博，谢敏，周金平，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：